Таинственной кажется незнакомому с химией человеку химическая символика — латинские буквы разной величины, цифры, стрелки, плюсы, точки, запятые, сложные фигуры и сочетания из букв и черточек.

Рисунок из алхимической книги, изображающий «руку философа». Ключ является здесь символом поваренной соли, фонарь — квасцов, солнце —нашатыря, звезда — железного купороса» корона и луна — селитры, рыба в пламени — ртути и серы.

Рис. 1. Химические символы, применявшиеся в александрийских книгах по химии.

Рис. 2. Алхимические символы 1609 г.

Символы Дальтона.

Рис. 3. Снимок с таблицы Дальтона, изображающей атомы и молекулы. Внизу дано строение некоторых «сложных атомов» по современным Дальтону данным.

На лекции английского алхимика.

Джон Дальтон (1766—1844).

Якоб Берцелиус, создатель современного химического языка (1779—1848).

Антуан Лоран Лавуазье (1743—1794).

Не менее таинственной кажется незнакомому с химией человеку химическая символика — латинские буквы разной величины, цифры, стрелки, плюсы, точки, запятые, сложные фигуры и сочетания из букв и черточек... А знающему химию хорошо известно, какие возможности, какие удобства и какую экономию времени дает умелое пользование современным химическим языком, одинаково понятным химику любой национальности.

Не нужно, однако, думать, что этот в высшей степени удобный язык появился сразу в своей современной совершенной форме. Нет, он, как и все на свете, имеет свою историю, и историю длинную, которая тянется уже свыше двух тысячелетий.

Перенесемся мысленно на солнечные берега Средиземного моря — в египетский порт Александрию. Это один из древнейших городов мира, он был основан еще Александром Македонским за триста с лишним лет до нашей эры. Вскоре после своего основания этот город сделался важнейшим культурным центром Средиземного моря. Достаточно сказать, что знаменитая александрийская библиотека, сожженная религиозными изуверами-христианами в 47 году н. э., содержала 700 тыс. томов сочинений по различным отраслям знания, в том числе и по химии.

Металлургия, выделка стекла, окраска тканей и другие химические производства, развитые в древнем Египте, дали много эмпирического материала, который пытались обобщить и систематизировать греческие и арабские ученые, привлекавшиеся в Александрию ее культурными ценностями. По счастью, некоторые памятники этой культуры уцелели от варварского разгрома христианами, в том числе и некоторые сочинения по химии. Уцелели, несмотря на то, что в 296 г. н, э. римский император Диоклетиан в специальном указе, где, кстати сказать, впервые официально упоминается слово «химиям», предписал сжечь в Александрии все книги по химии.

И вот, в сочинениях александрийских авторов мы встречаем уже химическую символику. Взглянув на рис. 1, читатель увидит, насколько проще для запоминания наши современные химические знаки, чем эта символика. Однако здесь уже применяется иногда тот же прием, которым пользуемся и мы: символы уксуса, соли, мышьяка получились путем сокращения соответствующих греческих слов.

Сложнее обстоит дело с металлами. Известные тогда металлы были посвящены небесным светилам: золото — Солнцу, серебро — Луне, медь — Венере, ртуть — Меркурию, железо — Марсу, олово — Юпитеру и свинец — Сатурну. Поэтому металлы обозначаются здесь знаками соответствующих планет. Из этого ассоциирования металлов с планетами следовало, между прочим, что раньше, чем предпринимать с данным металлом какие-нибудь химические операции, нужно было справиться о расположении на небе соответствующей «планеты-покровительницы».

Преемниками химиков древнего мира сделались алхимики, которые переняли и сопоставление металлов с планетами. Интересно отметить, что следы этого остались даже в некоторых современных химических названиях: так, ртуть на английском, французском и испанском языках называется меркурием (mercurg, mercure, mercurio). Однако накопление химических фактов и открытие многих новых веществ вызвало развитие особой алхимической символики (рис. 2). Эта символика, державшаяся много веков, была не более удобной для запоминания, чем александрийская; кроме того, она не отличалась ни выдержанностью ни единообразием.

Попытка создания рациональной химической символики была сделана лишь в конце XVIII столетия знаменитым Джоном Дальтоном, основателем химической атомистики. Он ввел особые знаки для каждого известного в то время химического элемента (рис. 3). При этом он сделал очень важное уточнение, которое легло в основу современной химической символики: определенным знаком Дальтон обозначал не данный элемент вообще, а один атом этого элемента. Химические соединения Дальтон обозначал (как это делается и теперь) комбинацией значков, входящих в данное соединение элементов; при этом число значков соответствовало числу атомов того или иного элемента в «сложном атоме», т. е. о молекуле соединения.

Приведенные рисунки показывают, однако, что и значки Дальтона не представляли особенных удобств для запоминания, не говоря уже о том, что формулы более сложных соединений делаются при этой системе очень громоздкими. Но, рассматривая значки Дальтона, можно заметить одну интересную подробность: некоторые элементы Дальтон обозначал поставленными в кружках начальными буквами их английских названий — железо (iron), медь (copper) и др. Вот на эту-то подробность и обратил внимание создатель современного химического языка Якоб Берцелиус, тот самый Берцелиус, которому гимназическое начальство в выпускном аттестате написало, что он «оправдал лишь сомнительные надежды», и который впоследствии сделался известнейшим химиком своего времени.

Берцелиус предложил обозначать химические элементы первой латинской буквой их названий, взятых обычно из латинского или греческого языка. Если с одной и той же буквы начинаются названия нескольких элементов, то один из них обозначается одной буквой (например углерод С), а остальные двумя (кальций Са, кадмий Cd, церий Се, цезий Cs, кобальт Со и т. д.). При этом, как и у Дальтона, символ элемента имеет строго количественное значение: он обозначает один атом данного элемента и в то же время столько весовых единиц этого элемента, сколько единиц содержит его атомный вес. Например, знак О обозначает один атом кислорода и 16 вес. ед. кислорода, знак N— один атом азота и 14,008 вес. ед. азота и т. д.

Нет ничего проще, чем написать формулу химического соединения по системе Берцелиуса. Для этого не нужно громоздить один возле другого большое число кружков, как у Дальтона, а следует лишь написать рядом символы элементов, входящих в состав данного соединения, справа же внизу, около каждого символа маленькой цифрой отметить число атомов этого элемента в молекуле (единица опускается): вода — Н₂О, серная кислота — H₂SO₄, бертолетовая соль — КСIO₃ и т. п. Такая формула сразу показывает, из каких элементов состоит молекула данного соединения, сколько атомов каждого элемента входит в ее состав и каковы весовые соотношения элементов в молекуле.

С помощью таких формул просто и наглядно изображаются особыми уравнениями химические реакции. Принцип составления таких уравнений установил еще знаменитый Лавуазье, который писал:

«Если я дестиллирую неизвестную соль с серной кислотой и нахожу азотную кислоту в приемнике и в остатке купоросный камень, я заключаю, что первоначальная соль была селитра. Я прихожу к этому выводу путем мысленного записывания следующего уравнения, основанного на том предположении, что общий вес всего остается одинаковым до и после операции.

Если х — кислота неизвестной соли и у — неизвестное основание, я записываю: х [+] у [+] серная кислота = азотная кислота [+] купоросный камень = азотная кислота [+] серная кислота [+] едкий поташ.

Отсюда я заключаю: х = азотной кислоте, у = едкому поташу, а первоначальная соль была селитра».

Теперь мы запишем эту химическую реакцию по системе Берцелиуса просто:

2KNO₃ + H₂SO₄ = 2HNO₃ + K₂SO₄.

И как много говорит эта маленькая строчка знаков и: цифр химику любой национальности. Он сразу видит, какие вещества являются исходными в реакции, какие вещества представляют ее продукты, каков качественный и количественный состав этих веществ; с помощью таблички атомных весов и несложных вычислений он быстро определит, сколько исходных веществ необходимо взять, чтобы получить определенное количество нужного ему вещества, и т. д.

Система химической символики, разработанная Берцелиусом, сказалась настолько целесообразной, что она сохраняется вплоть до настоящего времени. Однако химия не стоит на месте, она бурно развивается, в ней постоянно появляются новые факты и понятия, которые, естественно, находят свое отражение к в химической символике.

Расцвет органической химии вызвал появление формул строения химических соединений, формул, часто сложных по виду, но в то же время удивительно стройных и наглядных, говорящих умеющему в них разобраться человеку гораздо больше, чем многие строки и даже страницы текста. Например, символ бензола , кажущийся на первый взгляд искусственным и как будто напоминающим алхимического дракона, пожирающего собственный хвост, оказался настолько верно отражающим основные свойства этого соединения и его производных, что новейшие кристаллографические исследования блестяще подтвердили фактическое существование представленной этим символом комбинации атомов.

Еще во времена Берцелиуса в химии появились было знаки вроде Са, Fe" и т. п., но они вскоре исчезли и воскресли снова лишь после утверждения в химии теории Аррениуса об электролитической диссоциации. Берцелиус первоначально обозначал точками количество кислородных атомов, связанных с данным элементом, а запятыми — количество атомов серы; таким образом символ Са обозначал окись кальция (CaO), а символ Fe" — двусернистое железо (FeS₂). Дольше всего эти знаки держалась в минералогии, но в конце концов и там точки и запятые были заменены современными символами кислорода и серы. Теперь точки и запятые около символа атомов (или трупп атомов) имеют совсем другое значение: они обозначают положительно или отрицательно заряженные ионы, т. е, потерявшие шли присоединившие один или несколько электронов атомы (или группы атомов). Ионные уравнения еще более упрощают изображение сущности ряда химических реакций; например, любая реакция образования из растворов различных солей осадка хлористого серебра изобразится простым: и наглядным ионным уравнением:

Ag^˙ + Cl’^˙ = AgCl

На наших глазах появился и завоевал себе права гражданства новый вид химической символики, отражающий удивительные достижения последних лет в области раскрытия тайн структуры атомов и превращения элементов. Еще совсем недавно любого химика привели бы в полнейшее недоумение формулы вроде следующих:

Теперь мы знаем, что здесь маленькие цифры внизу у символа элемента попрежнему обозначают число атомов данного элемента в молекуле, а маленькие цифры вверху — атомный вес соответствующего изотопа (изотопами называются элементы, одинаковые по химическим свойствам, т. е. по заряду ядра, но обладающие различными атомными весами). А уравнение

говорит нам, что при бомбардировке азота альфа-частицами (ядрами атомов гелия) некоторые его атомы превращаются в изотоп кислорода с атомным весом 17; цифры внизу здесь уже обозначают порядковые числа или, другими словами, величину положительного заряда ядра атома соответствующего элемента.

В некоторых из этих уравнений встречаются символы, которых не было ни в одной книге по химии всего несколько лет тому назад:

p, n, e⁺

Первый из них обозначает протон [+] (положительно заряженное ядро атома протия, т. е. водорода с атомным весом 1), второй — нейтрон (нейтральная частица с массой протона), третий — позитрон (частица, сходная по массе с электроном, но имеющая положительный заряд).

Приведенные в последних примерах значки и цифры символизируют удивительнейшие достижения современной науки, о которых едва ли мог и мечтать талантливый создатель основ принятого теперь интернационального химического языка.

Москва
14/IX 1936

№10, 1936